Газ хроматографиясында қолданылатын жалын иондау детекторы (FID) туралы ақпарат. Газ ағынындағы заттарды өлшеу, эмиссияны бақылау және т.б. пайдасы бар.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Газ хроматографиясында қолданылатын газ дететорының түрі
Type of gas detector used in gas chromatography
Жалындық иондау детекторы (ЖИД) – газ ағынындағы аналиттерді өлшейтін ғылыми құрал. Ол газ хроматографиясында детектор ретінде жиі қолданылады. Бірлік уақыт ішіндегі иондардың өлшенуі осы құралды массаға сезімтал етеді. Жеке ЖИД-тер полигонға тасталатын газдарды бақылау, газ шығарылымдарының қашуын бақылау және стационарлық немесе портативті құралдардағы ішкі жану қозғалтқыштарының шығарындыларын өлшеу сияқты қолданыстарда да пайдаланылуы мүмкін.
A flame ionization detector (FID) is a scientific instrument that measures analytes in a gas stream. It is frequently used as a detector in gas chromatography. The measurement of ions per unit time makes this a mass sensitive instrument. Standalone FIDs can also be used in applications such as landfill gas monitoring, fugitive emissions monitoring and internal combustion engine emissions measurement in stationary or portable instruments.
Тарих
Алғашқы жалын иондау детекторлары 1957 жылы Маквильям мен Дьюар Австралия мен Жаңа Зеландияның Императорлық химиялық өнеркәсіптері (ICIANZ, Orica тарихына қараңыз) Орталық зерттеу зертханасында, Аскот Вейл, Мельбурн, Австралияда, сондай-ақ Харли мен Преториус Претория университетінде, Претория, Оңтүстік Африкада бір уақытта және тәуелсіз түрде жасалды. 1959 жылы Perkin Elmer Corp. өзінің Бу Фрактометріне жалын иондау детекторын қосты.
The first flame ionization detectors were developed simultaneously and independently in 1957 by McWilliam and Dewar at Imperial Chemical Industries of Australia and New Zealand (ICIANZ, see Orica history) Central Research Laboratory, Ascot Vale, Melbourne, Australia. and by Harley and Pretorius at the University of Pretoria in Pretoria, South Africa. In 1959, Perkin Elmer Corp. included a flame ionization detector in its Vapor Fractometer.
Жұмыс істеу принципі
FID-тің жұмысы органикалық қосылыстардың сутегі жалынында пайда болатын иондарды анықтауға негізделген. Осы иондардың пайда болуы газ үлгісіндегі органикалық заттардың концентрациясына пропорционалды. Бұл иондарды анықтау үшін екі электрод қолданылады. Оң электрод жалынның түзілуін қамтамасыз ететін сопло басы ретінде қызмет етеді. Ал екінші, теріс электрод жалынның үстіне орналастырылады. Алғашқы конструкцияларда теріс электрод тамшы тәрізді немесе платинадан жасалған бұрышты бөлік болған. Бүгінде бұл конструкция өзгертіліп, түтікшелі электродқа айналдырылған, ол көбінесе коллекторлық тақта деп аталады. Осылайша иондар коллекторлық тақтаға тартылып, тақтаға тиген кезде ток тудырады. Бұл ток жоғары кедергілі пикоамметрмен өлшеніп, интеграторға жіберіледі. Соңғы деректерді көрсету әдісі компьютер мен бағдарламалық қамтамасымен анықталады. Әдетте, x осінде уақыт, ал y осінде жалпы ион саны көрсетілген график пайда болады. Өлшенген ток жалындағы карбон атомдарының азаю деңгейіне шамамен сәйкес келеді. Иондардың қалай пайда болатыны толыққанды түсініксіз, бірақ детектордың реакциясы детекторға бірлік уақытта тиетін карбон атомдарының (иондардың) санымен анықталады. Бұл детекторды концентрацияға емес, массаға сезімтал етеді, бұл пайдалы, себебі детектордың реакциясы газ тасымалдағыштың жылдамдығының өзгеруіне айтарлықтай әсер етпейді.
The operation of the FID is based on the detection of ions formed during combustion of organic compounds in a hydrogen flame. The generation of these ions is proportional to the concentration of organic species in the sample gas stream. To detect these ions, two electrodes are used to provide a potential difference. The positive electrode acts as the nozzle head where the flame is produced. The other, negative electrode is positioned above the flame. When first designed, the negative electrode was either tear drop shaped or angular piece of platinum. Today, the design has been modified into a tubular electrode, commonly referred to as a collector plate. The ions thus are attracted to the collector plate and upon hitting the plate, induce a current. This current is measured with a high impedance picoammeter and fed into an integrator. The manner in which the final data is displayed is based on the computer and software. In general, a graph is displayed that has time on the x axis and total ion on the y axis. The current measured corresponds roughly to the proportion of reduced carbon atoms in the flame. Specifically how the ions are produced is not necessarily understood, but the response of the detector is determined by the number of carbon atoms (ions) hitting the detector per unit time. This makes the detector sensitive to the mass rather than the concentration, which is useful because the response of the detector is not greatly affected by changes in the carrier gas flow rate.
Жауап беру коэффициенті
FID өлшеулері әдетте "метан бойынша" деп көрсетіледі, яғни бірдей жауапты қамтитын метан мөлшері ретінде. Әр түрлі химиялық заттардың бірдей мөлшері химиялық заттардың элементтік құрамына байланысты әртүрлі мөлшерде ток тудырады. Детектордың әртүрлі химиялық заттарға жауап беру коэффициентін ток өлшеулерін әрбір химиялық заттың нақты мөлшеріне айналдыру үшін пайдалануға болады. Көмірсутектердің жауап беру коэффициенттері көбінесе олардың молекуласындағы көміртек атомдарының санына тең болады (көміртек атомдарының саны артық болса, ток күші де артады), ал оксигенаттар және гетероатомдарды қамтитын басқа заттар төмен жауап беру коэффициенттеріне ие. Көміртек монооксиді мен көміртек диоксиді FID арқылы анықталмайды. FID өлшеулері жиі "жалпы көмірсутектер" немесе "жалпы көмірсутектер мөлшері" (THC) деп белгіленеді, бірақ одан да дәл атауы "жалпы ұшқыш көмірсутектер мөлшері" (TVHC) болар еді, себебі конденсацияланған көмірсутектер анықталмайды, тіпті олар маңызды болғанымен, мысалы, қысылған оттегімен жұмыс істеу кезіндегі қауіпсіздік үшін.
FID measurements are usually reported "as methane," meaning as the quantity of methane which would produce the same response. The same quantity of different chemicals produces different amounts of current, depending on the elemental composition of the chemicals. The response factor of the detector for different chemicals can be used to convert current measurements into actual amounts of each chemical. Hydrocarbons generally have response factors that are equal to the number of carbon atoms in their molecule (more carbon atoms produce greater current), while oxygenates and other species that contain heteroatoms tend to have a lower response factor. Carbon monoxide and carbon dioxide are not detectable by FID. FID measurements are often labelled "total hydrocarbons" or "total hydrocarbon content" (THC), although a more accurate name would be "total volatile hydrocarbon content" (TVHC), as hydrocarbons which have condensed out are not detected, even though they are important, for example safety when handling compressed oxygen.
Сипаттама
Жалындық иондау детекторының құрылымы әр өндірушіде әртүрлі болады, бірақ принциптері бірдей. Көбінесе FID газ хроматографиясы жүйесіне қосылады. Элюент газ хроматографиялық бағанадан (А) шығып, FID детекторының пешіне (В) енеді. Пеш элюент бағанадан шыққаннан кейін газ фазасынан шығып, бағана мен FID арасындағы интерфейске жиналмауы үшін қажет. Мұндай жиналу элюенттің жоғалуына және анықтау қателіктеріне алып келеді. Элюент FID-ке жоғалағанда, ол бірінші кезекте сутекті отынмен (С), содан кейін тотықтырғышпен (D) араласады. Элюент/отын/тотықтырғыш қоспасы оң кернеудің бар жеріне, яғни соплоның басына дейін көтеріледі. Бұл оң кернеу оттың (E) элюентті пиролиздей келіп түзілген тотыққан көміртек иондарын итергісіне көмектеседі. Иондар (F) өте сезімтал амперметрге қосылған коллекторлық пластиналарға (G) қарай итеріледі, ол пластинаға тиген иондарды анықтап, сигналды күшейткішке, интеграторға және дисплей жүйесіне (H) жібереді. Соңында оттың өнімдері детектордан шығару порты (J) арқылы сыртқа шығарылады.
The design of the flame ionization detector varies from manufacturer to manufacturer, but the principles are the same. Most commonly, the FID is attached to a gas chromatography system. The eluent exits the gas chromatography column (A) and enters the FID detector’s oven (B). The oven is needed to make sure that as soon as the eluent exits the column, it does not come out of the gaseous phase and deposit on the interface between the column and FID. This deposition would result in loss of eluent and errors in detection. As the eluent travels up the FID, it is first mixed with the hydrogen fuel (C) and then with the oxidant (D). The eluent/fuel/oxidant mixture continues to travel up to the nozzle head where a positive bias voltage exists. This positive bias helps to repel the oxidized carbon ions created by the flame (E) pyrolyzing the eluent. The ions (F) are repelled up toward the collector plates (G) which are connected to a very sensitive ammeter, which detects the ions hitting the plates, then feeds that signal to an amplifier, integrator, and display system(H). The products of the flame are finally vented out of the detector through the exhaust port (J).
Артықшылықтар
Жалын иондау детекторлары газ хроматографиясында көптеген артықшылықтары болғандықтан кеңінен қолданылады. Бағасы: Жалын иондау детекторларын сатып алу және пайдалану салыстырмалы түрде арзан. Аз күтімді қажет етуі: FID форсункасын тазалаудан немесе ауыстырудан басқа, бұл детекторларға аз күтім қажет. Берудіктігі: FID-тер қате пайдалануға төзімді. Сызықтық және анықтау диапазондары: FID-тер органикалық заттардың концентрациясын өте төмен (10−13 г/с) және өте жоғары деңгейлерде өлшеуге мүмкіндік береді, сызықтық жауап диапазоны 107 г/с құрайды. Қосылыстардың метанға толық түрленуі және детектордағы эквивалентті жауап калибрлеу және стандарттар қажеттілігін жояды, себебі жауап факторларының барлығы метан факторларымен тең. Бұл стандарттары жоқ молекулаларды қамтитын күрделі қоспаларды жылдам талдауға мүмкіндік береді.
Flame ionization detectors are used very widely in gas chromatography because of a number of advantages. Cost: Flame ionization detectors are relatively inexpensive to acquire and operate. Low maintenance requirements: Apart from cleaning or replacing the FID jet, these detectors require little maintenance. Rugged construction: FIDs are relatively resistant to misuse. Linearity and detection ranges: FIDs can measure organic substance concentration at very low (10−13 g/s) and very high levels, having a linear response range of 107 g/s. The complete conversion of compounds to methane and the now equivalent response in the detector also eliminates the need for calibrations and standards because response factors are all equivalent to those of methane. This allows for the rapid analysis of complex mixtures that contain molecules where standards are not available.